JP2009074864A - 色度測定方法及び色度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶カラーフィルタ基板のような２次元パターンの色度測定を高能率に行うことが可能な色度測定方法と色度測定装置とを提供する。
【解決手段】特定の波長領域の光を、選択波長領域を変化させながら被測定物４に照射し、各波長領域の光の照射による被測定物４の透過光を受光センサ６で測定し、受光センサ６の出力信号に基づき各波長領域での光の透過率又は減衰率を求めることで色度データを把握する。このとき、複数の受光素子を縦横に並設することによって受光センサ６を構成する。また、複数の受光素子から成る複数個の受光素子群を構成すると共に、被測定物に対する各受光素子群の配置態様を決定する。同一の受光素子群に属する各受光素子の出力を平均化して処理する。
【選択図】図１

Description

この発明は、色度測定方法及び色度測定装置に関するものであって、特に、２次元パターンの色度測定を高能率に行うことができる色度測定方法と、その測定方法の実施に好適な色度測定装置に係るものである。

物体の色を、ＣＲＴやＬＣＤなどの表示素子や印刷物で表示する際に、忠実に物体の色を再現することは重要なことである。この物体の色を分光的に測定するためには、被測定物の光の透過率（反射率）の分光特性を測定する必要がある。その測定方式は、大きく分けて、後分光方式と前分光方式との２種類の手法があることが知られている。前者の後分光方式は、可視光全体の波長をほぼ均等に含む白色光を、被測定物に照射し、透過光（反射光）の分光的な強度分布を分光器を用いて測定する方式である。後者の前分光方式は、狭い波長範囲の光を被測定物に照射し、その透過光（反射光）を分光応答度の比較的均一な検出器で検出するようにして、照射光の波長範囲を、可視光全体の波長をカバーするように、順に切り換えていく方式である。

上記前分光方式を採用した色度測定装置としては、特許文献１に記載された装置を挙げることができる。この装置においては、異なる分光輝度分布を有する複数の光源を、それぞれの光放射強度分布の強度最大方向がほぼ一致するように配置している。そして、これら光源の出力光束の大半が通過する位置に集光光学系を配置し、各光源の出力光束を集光して被測定物のほぼ同一点を照明するようにしている。また、複数の光源を選択的に切換駆動する切換駆動手段と、各光源の照明による被測定物の透過光（反射光）を測定する１個の受光素子とを有し、受光素子の出力信号に基づき、各光源の分光帯域に対応した波長範囲の透過率（反射率）を求めることによって、被測定物の色度を測定するようにしている。
特開２０００−２９２２５９号公報

ところで、上記従来の色度測定装置においては、被測定物の特定位置における微小領域の色度を測定することは可能ではあるが、被測定物が液晶カラーフィルタ基板のような２次元パターンの測定に関しては、全く対処不可能である。また、被測定物が液晶カラーフィルタ基板のような２次元パターンの測定においては、後分光方式が採用されることがあるが、この場合には、各色毎に機械的なスリットで切り分けて測定する必要があり、測定には多くの手数と時間とを要するという欠点がある。

この発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、液晶カラーフィルタ基板のような２次元パターンの色度測定を高能率に行うことが可能な色度測定方法と色度測定装置とを提供することにある。

そこで請求項１の色度測定方法は、可視領域内において選択された特定の波長領域の光を、時系列的に選択波長領域を変化させながら、可視領域のほぼ全域をカバーするように被測定物４に照射し、各波長領域の光の照射による被測定物４の透過光又は被測定物４からの反射光を受光センサ６で測定し、受光センサ６の出力信号に基づき各波長領域での光の透過率又は減衰率を求めることで色度データを把握する色度測定方法において、複数の受光素子を縦横に並設することによって受光センサ６を構成し、複数の受光素子から成る受光素子群を複数個構成すると共に、被測定物に対する各受光素子群の配置態様を決定し、同一の受光素子群に属する各受光素子の出力を平均化して処理することを特徴としている。

請求項２の色度測定方法は、上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、予め記憶されており、被測定物４と受光センサ６との相対位置を所定位置に位置決めすることで、被測定物４に対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴としている。

請求項３の色度測定方法は、上記被測定物４は液晶カラーフィルタであって、上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、液晶カラーフィルタのＲＧＢパターンに応じて予め記憶されており、液晶カラーフィルタと受光センサ６との相対位置を所定位置に位置決めすることで、液晶カラーフィルタに対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴としている。

請求項４の色度測定装置は、可視領域内において選択された特定の波長領域の光を、時系列的に選択波長領域を変化させながら、可視領域のほぼ全域をカバーするように被測定物４に照射する波長選択照射手段３と、各波長領域の光の照射による被測定物４の透過光又は被測定物からの反射光を測定する受光センサ６と、受光センサ６の出力信号に基づき各波長領域での光の透過率又は減衰率を求めることで色度データを把握する色度測定装置において、上記受光センサ６は、複数の受光素子を縦横に並設することによって構成され、複数の受光素子から成る受光素子群を複数個構成すると共に、被測定物に対する各受光素子群の配置態様を決定し、同一の受光素子群に属する各受光素子の出力を平均化して処理する受光パターン制御手段を有していることを特徴としている。

請求項５の色度測定装置は、上記受光パターン制御手段においては、上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、予め記憶されており、被測定物４と受光センサ６との相対位置を所定位置に位置決めすることで、被測定物４に対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴としている。

請求項６の色度測定装置は、上記被測定物４は液晶カラーフィルタであって、上記受光パターン制御手段においては、上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、液晶カラーフィルタのＲＧＢパターンに応じて予め記憶されており、液晶カラーフィルタと受光センサ６との相対位置を所定位置に位置決めすることで、液晶カラーフィルタに対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴としている。

この発明の色度測定方法及び色度測定装置によれば、液晶カラーフィルタ基板のような２次元パターンの色度測定を高能率に行うことが可能となる。また、この発明の色度測定方法及び色度本測定装置によれば、ＣＩＥ１９３１の規格に近い色度データを得ることができる。

次に、この発明の色度測定方法及び色度測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１には、装置の全体的な概要図を示している。図のように、可視領域の光は、ハロゲンランプなどの光源装置１及び光伝送用のファイバー及びレンズよりなる照明光学系２を介して、波長選択照射装置（波長選択照射手段）３に入射する。波長選択照射装置３においては、離散的な波長成分が外部に出力され、被測定物４に入射する。この波長選択照射装置３において用いる分光素子は、プリズム、回折格子、エタロン板、バンドパスフィルターなどの素子で特定波長成分を分離する特性を有しており、これらを使用して光源装置１から特定の波長領域を取り出す機構や電気制御系を作ることができる。

さらに具体的にいうと、特定波長領域を取り出す方法の一つは、バンドパスフィルターを複数枚用いる方法である。光を複数の光学バンドパスフィルターから成る波長選択円盤に入射させ、円盤の角度を順次変化させて、形成された数ｎｍ〜１０ｎｍ程度の半値全幅のスペクトルを変化させることが出来る。回折格子と回折格子への入射角や射出角を時間的に制御する機械的部品と電子制御回路を組み合わせた装置でも、選択波長域を時系列的に取り出すことが可能である。また、ファブリー・ペローの干渉計は２枚の平行平板よりなるが、この平板間に液晶層を形成し、電気的にその複屈折性を変化させることで、その光の透過波長域を変化させることが可能であり、この平行平板を厚さの異なるもので数種類組み合わせると、数ｎｍ〜２０ｎｍ程度の選択波長領域を時系列として取り出す装置を得ることができる。

被測定物４を透過した光は顕微鏡などの投影光学系５を介して受光センサとしてのＣＣＤカメラ（白黒カメラ）６に入射し、被測定物の画像が、ＣＣＤカメラ６に形成される。波長選択照射手段３の波長は、コントローラ７により制御され、そこからの波長切り替えの同期信号は、ＣＣＤカメラの映像信号とともに、画像処理パソコン８に取り込まれ、三刺激値の計算が実施される。なお、被測定物４の透過光が、ＣＣＤカメラ６に入射するが、ＣＣＤカメラ６の前には、赤外カットフィルタを設置し、可視域の光のみを選択的に入射させるようにするのが好ましい。

光源の選択波長領域を時間的に変化させ、ＣＣＤカメラ６を用いてその時系列の映像を用いて、各画素あるいは同一色の領域を個別に光強度として演算し、三刺激値を算出できる。２次元的なパターンの色測定の例として、図２に、液晶カラーフィルタ基板のパターンを示している。２種類のパターンを示しているが、図２のＸ、Ｙ方向のピッチは、製品品種によって異なっている。従来の分光器を用いた分光方式では、図２に併記するようなマスクの大きさ、形状を変化させて、パターン内部の単一色を取得する必要がある。この形状の設定には複雑なマスク形状を変化させる機構と、マスク位置や測定光源光軸の確認が必要であり、測定精度を得るための取り扱いが難しいという問題があった。

これに対して、この実施形態においては、受光センサとしてのＣＣＤカメラ６において、縦横に配置された複数の画素（受光素子）をグループ化して成る画素群（受光素子群）を複数個構成すると共に、各画素群の配置態様を決定し、同一の画素群に属する各画素の出力を平均化して処理するようにしている。それは、以下のようにして行う。まず、その作業は、図３に示すように、液晶カラーフィルタ基板の製品品種に応じてＲＧＢパターンの形状、配置ピッチ、大きさを入力し（ステップＳ２１）、次にパターンに対するピクセル単位の平均化領域の設定（受光素子群の設定、受光素子群の配置態様の決定）を行い（ステップＳ２２）、これを登録しておく（ステップＳ２３）。そしてこの登録とは別に、カラーＣＣＤカメラを用いて、ＣＣＤカメラ６の画像アライメントを実施する。このカラーＣＣＤカメラは、計測用のＣＣＤカメラ（白黒カメラ）６とは、画素の大きさ、位置関係に対して相関が取れているものとする。なお、各パターンの登録時、パターンの指定位置例えば、画像内の左上位置の画像をレシピに登録しておく。被測定物４の計測時には、カラーＣＣＤカメラにより被測定物４の画像を取り込み、画像アライメントで、Ｘ−Ｙステージを用いてカメラを移動して、レシピに登録した画像がカメラ画面内の同一場所に位置させるようにすることで位置決めすることが出来る。そして、この画像アライメントが終了した段階においては、受光センサとしてのＣＣＤカメラ６においては、縦横に配置された複数の画素をグループ化して成る画素群を複数個構成すると共に、液晶カラーフィルタ（被測定物）４に対して各画素群の配置態様を決定する作業が終了したことになる。このような処理は、受光パターン制御手段によって行われる。

ところで、色度の演算を各画素ごとに実施した場合は、演算時間が膨大となる。例えば、１０００×１０００画素のＣＣＤカメラ６を用いて、選択波長領域が２０個になるように光源を切り換えて、色度演算をＣＣＤ画素毎に実施した場合は、通常の市販のパソコンでの色度演算の処理時間には、約１５００秒の時間を要する。これを、画像アライメントによる位置情報により、同一色内の平均化領域を特定するようにした場合には、取得された被測定物４の各波長領域の画像データ及び各波長領域の順番に基づいて、透過率さらには色度演算をするときの演算時間を大幅に短縮することができる。例えば、各平均化領域を、ＣＣＤカメラ視野内を１００分割程度にした領域として処理すれば、上記時間の１／１００００程度となり、現実的な演算時間となる。

次に、上記ＣＣＤカメラ６からの出力に基づいて、三刺激値を求める手順について説明する。上記の通り、選択波長領域の番号（順番）Ｎにより、これを透過する光源に対するスペクトルを、被測定物４がない状態でＣＣＤカメラ６で取得した強度をＳ０（Ｎ，Ｐｊ）とし、被測定物４を介して測定した強度をＳｗ（Ｎ，Ｐｊ）とする。ここで、Ｐｊはカメラ画素群の番号である。このＳ０及びＳｗを、取得し処理することにより三刺激値を求めることが出来る。すなわち、ＣＩＥ１９３１規格の等色関数により定義された三刺激値は、以下の数式から求められる。

そして上記式を前提にすると、この実施形態においては、上記Ｓ０とＳｗとより、三刺激値は、以下の数式に基づいて、求めることができる。

図４には、各光のスペクトルを対比して示している。同図（ａ）は、光源装置１の発光スペクトル、同図（ｂ）は、波長選択照射装置３において各選択波長領域での光スペクトルを併記したもの、同図（ｃ）は、特定の画素群において、各選択波長領域に対応して得られるＣＣＤカメラ６の受光部でのスペクトル、同図（ｄ）は、等色関数をそれぞれ示している。

図５には、被測定物４を透過した各選択波長領域の光の強度Ｓｗを求める手順を示している。まず、カラーＣＣＤカメラによって、カラー画像を取り込み（ステップＳ１）、これに基づいて画像アライメントを実施する（ステップＳ２）。また、これと共に、ステップＳ３において、ＲＧＢパターンでの各色領域と平均化領域を特定する（画素群の決定、画素群の配置態様の決定）。その後、各波長領域の光の照射（ステップＳ４）、ＣＣＤカメラ６の画像の取り込み（ステップＳ５）、登録領域内平均化処理（ステップＳ６）、画像保存（ステップＳ７）を設定した波長領域の全数にわたって行い（ステップＳ８、ステップＳ９）、その後で、Ｓ０を参考にして、各平均化領域、各波長領域の光に対する透過率を演算し（ステップＳ１０）、次いで、上記数式２によって、各平均化領域での色度を演算する。

図６には、被測定物４が存在しない状態での各選択波長領域の光の強度Ｓ０を求める手順を示している。これは、図５におけるステップＳ４〜ステップＳ９までの手順と略同様のものであり、各波長領域の光の照射（ステップＳ１４）、ＣＣＤカメラ６の画像の取り込み（ステップＳ１５）、登録領域内平均化処理（ステップＳ１６）、画像保存（ステップＳ１７）を設定した波長領域の全数にわたって行い（ステップＳ１８、ステップＳ１９）、その後で、波長領域別の光源強度を保存してルーチンを終了する（ステップＳ２０）。

なお、上記画像アライメントに際しては、カラーＣＣＤカメラを用いず、光源側でＲＢＧなどの色を照射し、測定用のＣＣＤカメラ６で白黒画像を取得し、各パターンの位置及び平均化領域を演算して決定することもできる。この場合には、画像アライメントを行う場合よりも必要時間は少し長くなる。また、上記実施形態では、選定された画素群、画素群の配置態様を予め記憶しておき、画像アライメントを行うことによって、被測定物４に対する受光素子群の配置態様を定めるようにしているが、これ以外にも他の方法によって受光素子群の配置態様を定めることは可能である。すなわち、他の光学的手法によって、被測定物４の色度分布を把握しておき、そのうち均等な色度を有する部分の受光素子（画素）を選択して単一グループの受光素子群（画素群）とし、またこの情報に基づいて、これら受光素子群の配置態様を定めるようにしてもよい。さらに、上記実施形態においては、ＣＣＤカメラを用いた例を示しているが、ＣＣＤに代えてＣＭＯＳを用いることもできる。

この発明の色度測定装置の実施形態を概念的に示す全体構成図である。 液晶カラーフィルタのＲＧＢパターンの具体例を示す平面図である。 受光素子群の選択、受光素子群の配置態様の決定手順を示すフローチャートである。 各種スペクトルを対比して示す模式図である。 被測定物を透過した各選択波長領域の光の強度Ｓｗを求める手順を示すフローチャートである。 被測定物が存在しない状態での各選択波長領域の光の強度Ｓ０を求める手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・光源装置、２・・照明光学系、３・・波長選択照射装置（波長選択照射手段）、４・・被測定物、５・・投影光学系、６・・ＣＣＤカメラ、７・・コントローラ、８・・画像処理パソコン

Claims (6)

1. 可視領域内において選択された特定の波長領域の光を、時系列的に選択波長領域を変化させながら、可視領域のほぼ全域をカバーするように被測定物（４）に照射し、各波長領域の光の照射による被測定物（４）の透過光又は被測定物（４）からの反射光を受光センサ（６）で測定し、受光センサ（６）の出力信号に基づき各波長領域での光の透過率又は減衰率を求めることで色度データを把握する色度測定方法において、複数の受光素子を縦横に並設することによって受光センサ（６）を構成し、複数の受光素子から成る受光素子群を複数個構成すると共に、被測定物に対する各受光素子群の配置態様を決定し、同一の受光素子群に属する各受光素子の出力を平均化して処理することを特徴とする色度測定方法。
2. 上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、予め記憶されており、被測定物（４）と受光センサ（６）との相対位置を所定位置に位置決めすることで、被測定物（４）に対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴とする請求項１の色度測定方法。
3. 上記被測定物（４）は液晶カラーフィルタであって、上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、液晶カラーフィルタのＲＧＢパターンに応じて予め記憶されており、液晶カラーフィルタと受光センサ（６）との相対位置を所定位置に位置決めすることで、液晶カラーフィルタに対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴とする請求項１又は請求項２の色度測定方法。
4. 可視領域内において選択された特定の波長領域の光を、時系列的に選択波長領域を変化させながら、可視領域のほぼ全域をカバーするように被測定物（４）に照射する波長選択照射手段（３）と、各波長領域の光の照射による被測定物（４）の透過光又は被測定物からの反射光を測定する受光センサ（６）と、受光センサ（６）の出力信号に基づき各波長領域での光の透過率又は減衰率を求めることで色度データを把握する色度測定装置において、上記受光センサ（６）は、複数の受光素子を縦横に並設することによって構成され、複数の受光素子から成る受光素子群を複数個構成すると共に、被測定物に対する各受光素子群の配置態様を決定し、同一の受光素子群に属する各受光素子の出力を平均化して処理する受光パターン制御手段を有していることを特徴とする色度測定装置。
5. 上記受光パターン制御手段においては、上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、予め記憶されており、被測定物（４）と受光センサ（６）との相対位置を所定位置に位置決めすることで、被測定物（４）に対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴とする請求項４の色度測定装置。
6. 上記被測定物（４）は液晶カラーフィルタであって、上記受光パターン制御手段においては、上記受光素子群における受光素子の個数及びその配置態様は、液晶カラーフィルタのＲＧＢパターンに応じて予め記憶されており、液晶カラーフィルタと受光センサ（６）との相対位置を所定位置に位置決めすることで、液晶カラーフィルタに対する受光素子群の配置態様を定めるようにしていることを特徴とする請求項４又は請求項５の色度測定装置。